3D Drucker: Vorteil von Gewindestangen?

[MilloMille]

Die meisten selbstgebauten 3D-Drucker nutzen entweder Gewindestangen oder Riemenantrieb. Kann mir jemand die Vorteile der verschiedenen Methoden erläutern.
Ich schätze einfach mal:
Gewindestangen führen zu einer langsamen aber präzisen Bewegung würde ich schätzen? Außerdem kann man mit Gewindestangen den Ruck vermindern?
Riemen sind leicht und schnell, dafür nicht so genau?
Habe ich mit meinen Annahmen recht? Gibt es noch weiter Vor- und Nachteile? Und warum werden eigentlich nie Linearmotoren verwendet? Sind sie zu teuer?

[i_make_it]

Die meisten selbstgebauten 3D-Drucker nutzen entweder Gewindestangen oder Riemenantrieb.
Kann mir jemand die Vorteile der verschiedenen Methoden erläutern.


Bei den meisten 3D-Druckern sind kleine Nema 17 Stepper verbaut.
Die haben üblicherweise 200 Schritte pro Umdrehungen.
Ein GT2 Zahnriemen hat einen Zahnabstand von 2mm.
Bei einer Riemenscheibe von 20 Zähnen, sind das 20 x 2mm = 40mm / 200 = 0,2mm pro Vollschritt (0,025 bei achtel Schritt)
(Kleiner Riemenscheiben bringen entsprechend bessere Auflösung)
Eine normale metrische Gewindestange M5 hat eine Steigung von 0,8mm. Das sind 0,8mm / 200 = 0,004mm. Also 4µm pro Vollschritt.
Gewindetrieb ist langsamer, hat eine höhere Auflösung und durch die geringe Steigung fällt eine Z-Achse beim Abschalten nicht einfach runter.
Da beim Drucken in X und Y viel verfahren wird und in Z immer nur eine Ebene in wenigen zehntel Millimeter Schritten verfahren wird (außer beim Referenzfahren), lohnt sich bei Z ein Gewindetrieb und bei X/Y ein Riementrieb mit Microstepps bei den Motoren.


warum werden eigentlich nie Linearmotoren verwendet? Sind sie zu teuer?

Ein Linearmotor wäre ein abgewickelter Stator eines Motors. Die sind wirklich ziemlich Teuer.
Damit habe ich nur einmal bei einem hochgeschwindigkeites CNC Laserbearbeitungszentrum gearbeitet bevor die Remote Head Technologie entsprechend ausgereift war.
Da hatten die beiden Antriebe für X plus der für Y genauso viel gekostet wie der gesamte Rest der Anlage inklusive Laser.

Ein Linearntrieb wiederum hat im inneren meist auch nur einen Zahnriemen- oder Spindeltrieb. Halt einfach fertig gelagert und gekapselt.
Kostet halt mehr als wenn man es selbst baut.
Genauso wie eine Trapezgewindespindel oder gar eine Kugelumlaufspindel mehr kostet wie eine einfache Gewindestange.
Bei Spindeltrieben muß man klären was man will und an welcher Stelle man eventuell erst mal kostengünstig anfangen will.

[MilloMille]

Super das du mir wieder helfen konntest i_will_make_it!!! Vielen Dank für die ausführliche und anschauliche Antwort.

[radbruch]

Als eher stiller Mitleser möchte ich mich auch für die Antwort bedanken.

[Manf]

Als eher stiller Mitleser möchte ich mich auch für die Antwort bedanken.
Das wollte ich auch sagen also sage ich es einfach auch noch, irgendwie klar, aber gut auf den Punkt gebracht.

[i_make_it]

Dann jetzt noch mal praktische Beispiele der Umsetzung nachgereicht.
32003
Im Bild oben einmal ein Riementrieb (meine Y-Achse) mit einfachen Linear Lagerbuchsen und rechts ist noch der Riemenspanner zu sehen.
Darunter fertige Führungswagen (einmal von unten und von oben zu sehen).
Die Führungen sind gehärtete 8mm Rundführungen mit Gewinde in den Stirnseiten.
Ganz unten eine Z-Spindel aus einer M5 Gewindestange.
Das Kugellager ist handelsüblich. Unter dem Lager ist dünner Blumenbindedraht ins Gewinde eingelegt um den Traganteil und die Passung zu verbessern.
Da eine M5 Gewindestange ja keinen Außendurchmesser von 5,00mm hat, fällt so ein Lager da einfach drüber und der Rundlauf ist jenseits von gut und böse. Also etwas passenden Draht einlgelegt und mit einem Stück Rohr (Messing um das Gewinde nicht zu beschädigen) das Lager aufgetrieben.
Um das Lager achsial zu fixieren, bieten sich natürlich M5er Muttern an.
Normale Muttern sind aber nicht sehr hoch, was zu einem Planschlag führt.
Deshalb Hutmuttern bei denen die Kappe abgefeilt wurde und das Gewinde durchgeschnitten wurde.
Die Gewindelänge ist ca. doppelt so lang wie bei einer Standartmutter und somit kann die Mutter auf dem Gewinde nicht so kippeln. Auch die Stirnfläche passt so sauber auf den Lagerinnenring und es besteht keine Gefahr das die Bordscheiben gedrückt werden.
Auch kommt man mit dem Schraubenschlüssel weiter vom Lager weg, was die Gefahr von Beschädigungen verringert.
Nachteil ist das sich der wirksame Hebelarm zwichen einer Rimenscheibe (wie hier) und der Lagerstelle vergrößert.
Damit der Hebelarm nicht noch länger wird, habe ich hier die Riemenscheibe rumgedreht (Befestigungsbund am Spindelende).

32004
Hier die Spindel noch mal im Detail.
Die Spindelmutter ist aus Messing, somit verschleißt die Mutter und nicht die Spindel, was deren Lebensdauer erhöht.
Hat man wie beim RepRap konzept einen 3D-Drucker mit dem man die Teile für den nächstne druckt, ist das folgende belanglos.
Fertigt man die Teiel aus Alu, kann man den Sitz der Spindelmutter wie folgt herstellen.
Da es siech hier auch um eine Hutmutter handelt (wegen dem längeren Gewinde) brauchrt man bei M5 ein 7,5mm Bohrung.
Dann braucht man ein stück von einem 8mm Imbusschlüssel, dessen eine Seite man schön scharfkantig als Schneidstempel schleift.
Spitze zu Spitze hat der Hüllkreis 9,1mm. man braucht also einen 9mm Bohrer und ein etwas dickeres Alustück als Führungshülse.
In das Führungsstück kommt ein 9mm loch und man stößt einmal den Imbus durch.
Dann setzt man das Führungsstück über das Werkstück und setzt den 9mm Bohrer ein.
der zentriert das 9mm Loch über dem 7,5mm Loch.
Jetzt kann man das Führungsstück mit (Schraub-)zwingen auf dem Werkstück fixieren und mit dem Stück Imbus einen 8mm Sechskant in des Werkstück schneiden. Mit einer Reißnadel die Späne im Loch entfernen und die Spindelmutter einsetzen.
Passt man die Tiefe des Sechskant so an, das die Mutter noch 0,1 bis 0,3mm aus dem Loch ragt, kann man mit einem Stück 3mm Flach-Alu einen Deckel herstellen der die achsiale Lage der Spindelmutter sauber fixiert.

Wegen dem Umkehrspiel muß man sich an den Z-Achsen keine großen Gedanken machen, da z.B. ein MK8 Druckkopf 430g wiegt.
Bei mir kommt da die komplette Y-Achse hinzu.
In der Summe also knapp 1kg. Da reicht der Druck des Kunststoffes nicht aus um gegen dieses Gewicht die Achse um das Spindelspiel anzuheben.